專(zhuān)利名稱(chēng)：一種滑坡物理模型試驗(yàn)手動(dòng)螺桿式自重加載裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于屬于地質(zhì)災(zāi)害模型試驗(yàn)領(lǐng)域，具體地指一種滑坡物理模型試驗(yàn)手動(dòng)螺桿式自重加載裝置。
背景技術(shù)：
滑坡物理模型試驗(yàn)屬于地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)的范疇，其理論起源于20世紀(jì)初期建立的結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)，目前已逐漸發(fā)展并延伸出了滑坡現(xiàn)場(chǎng)模型試驗(yàn)、滑坡底摩擦模型試驗(yàn)、滑坡框架式模型試驗(yàn)、滑坡離心模型試驗(yàn)和滑坡綜合模型試驗(yàn)等諸多研究方向。其中，滑坡框架式模型試驗(yàn)是指在通常的重力場(chǎng)內(nèi)，通過(guò)在框架模型槽內(nèi)采用滿足相似判據(jù)的相似材料制作模型，在模型滿足主要邊界條件相似的情況下測(cè)量其變形和各力學(xué)特性參數(shù)。該試驗(yàn)既能直觀地觀察到滑體在滑動(dòng)過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)特征，也能定量地獲得滑坡的應(yīng)力、應(yīng)變、位移等參數(shù)，可從定性和定量的角度闡明滑坡孕育和演化的機(jī)制。在滑坡框架式模型試驗(yàn)條件下，滑坡物理模型一般是在外力作用條件下發(fā)生變形或破壞。外力作用的主要方式有機(jī)械震動(dòng)或爆破形式模擬的地震波；改變框架內(nèi)部水位高度模擬庫(kù)水位波動(dòng)造成的滲流作用；降雨模擬器模擬降雨條件下的滲流作用；人工堆載的方式在滑坡物理模型后緣提供滑坡推力；在滑坡后緣布置鋼板，并在液壓千斤頂或MTS液壓伺服推力裝置作用下施加滑坡推力等。其中，對(duì)于滑坡物理模型后緣施加推力的方式還存在如下局限或缺陷
(1)現(xiàn)有滑坡物理模型后緣的推力加載與控制系統(tǒng)往往結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作繁瑣，難以滿足快速、穩(wěn)定、持續(xù)的滑坡后緣推力加載要求；
(2)現(xiàn)有采用人工堆載的方式雖然可以在滑坡后緣施加穩(wěn)定的作用力，但對(duì)滑坡推力的大小及方向難以精確控制，所施加外力的邊界條件與實(shí)際情況不符。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題就是提供一種滑坡物理模型試驗(yàn)手動(dòng)螺桿式自重加載裝置，能夠方便、快速地調(diào)節(jié)滑坡物理模型后緣加載推力的大小和方向，使施加的推力與滑坡實(shí)際邊界條件相符合，且通過(guò)標(biāo)定重物的自重實(shí)現(xiàn)加載，加載力穩(wěn)定持久。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的一種滑坡物理模型試驗(yàn)手動(dòng)螺桿式自重加載裝置，包括底板、滑動(dòng)面調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和推力加載機(jī)構(gòu)；所述滑動(dòng)面調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)位于底板上，滑動(dòng)面調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括滑動(dòng)面板、上部連桿、下部連桿、支撐板、插塊、插槽、螺桿和手輪，所述支撐板固定于底板上，支撐板的前部和后部分別與一對(duì)下部連桿的下端鉸接，每一下部連桿的上端與一根上部連桿鉸接、構(gòu)成連桿，每一對(duì)上部連桿與一個(gè)插塊鉸接，每一對(duì)下部連桿與一個(gè)插槽鉸接，所述螺桿穿過(guò)插槽并與相應(yīng)的插塊螺紋連接，螺桿的底端與手輪固定，用于在手輪的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，所述滑動(dòng)面板的前端與支撐板前部的一對(duì)上部連桿頂部鉸接、后端與支撐板后部的一對(duì)上部連桿頂部鉸接；所述推力加載機(jī)構(gòu)包括用于承載重物的加載平臺(tái)，加載平臺(tái)的底面與滑動(dòng)面板的頂面滑動(dòng)配合、可沿滑動(dòng)面板前后滑動(dòng)。
上述技術(shù)方案中，所述加載平臺(tái)的底面為光滑面，所述滑動(dòng)面板的頂面兩側(cè)設(shè)有邊棱，用于加載平臺(tái)的導(dǎo)向，兩個(gè)邊棱分別設(shè)有一列孔且孔兩兩相對(duì)，相對(duì)的兩孔內(nèi)設(shè)置有滑桿，加載平臺(tái)的底面與滑動(dòng)面板的頂面通過(guò)所述滑桿滑動(dòng)配合。上述技術(shù)方案中，所述加載平臺(tái)的后端設(shè)有插鎖，用于加載平臺(tái)與滑動(dòng)面板的臨時(shí)固定。上述技術(shù)方案中，所述螺桿與相應(yīng)插槽之間的螺紋滿足自鎖條件。上述技術(shù)方案中，所述滑動(dòng)面板前端安裝有角度刻度盤(pán)，用于滑動(dòng)面板的傾角的讀數(shù)。上述技術(shù)方案中，所述底板的前、后部分別設(shè)有開(kāi)口，開(kāi)口與所述手輪的位置對(duì)應(yīng)，用于穿過(guò)手輪。上述技術(shù)方案中，所述底板下方設(shè)有若干行走輪。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于
(1)該加載裝置可應(yīng)用于滑坡框架式模型試驗(yàn)，通過(guò)后緣自重式可控加載模擬滑坡內(nèi)部推力，實(shí)現(xiàn)滑坡非完整地質(zhì)力學(xué)模型的研究，極大的減少了完整地質(zhì)力學(xué)模型的制作強(qiáng)度；
(2)該加載裝置完全由手動(dòng)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作，成本低廉；
(3)該加載裝置通過(guò)由兩根螺桿調(diào)節(jié)的前后兩對(duì)連桿實(shí)現(xiàn)了對(duì)加載高度和加載角度的連續(xù)、精確、持續(xù)控制，使得施加的推力與滑坡實(shí)際邊界條件符合良好；
(4)該加載裝置適用于不同高度下進(jìn)行的滑坡物理模型推力加載，針對(duì)不同滑面高度的滑坡模型無(wú)需逐一制作不同高度的加載裝置；
(5)該加載裝置適用于不同滑面角度的滑坡物理模型，無(wú)需逐一制作不同角度的加載裝置；
(6)該加載裝置中加載平臺(tái)的底面與滑動(dòng)面板上的滑桿滑動(dòng)配合使用，極大的減小了加載平臺(tái)下滑過(guò)程中的摩擦阻力作用，有效地將自重荷載轉(zhuǎn)換成推力；
(7)該加載裝置中加載平臺(tái)的后端設(shè)有插鎖，便捷地實(shí)現(xiàn)了加載平臺(tái)與滑動(dòng)面板的臨時(shí)固定；
(8)該加載裝置作為一個(gè)獨(dú)立體系，與滑坡物理模型框架分離，耐用性好、可重復(fù)使
用；
(9)由于該裝置構(gòu)件強(qiáng)度高、剛度大，構(gòu)件偶爾出現(xiàn)破壞的可能性非常小，即便出現(xiàn)破損，也易于修理或更換；
(10)底座下方行走輪的設(shè)置，便于整個(gè)裝置的移動(dòng)及運(yùn)輸；
(11)該自重加載裝置可廣泛運(yùn)用于包括巖土質(zhì)滑坡、邊坡等類(lèi)型的地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)中推力的加載，應(yīng)用前景廣闊，經(jīng)濟(jì)效益顯著。


圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1裝置的主視圖。圖3為圖1裝置的后視圖。圖4為圖1裝置的右視圖。
圖5為圖1裝置旋轉(zhuǎn)后的俯視圖。圖6為圖1裝置應(yīng)用于滑坡框架式模型試驗(yàn)時(shí)的使用狀態(tài)示意圖。圖中I—插鎖，2—加載平臺(tái)，3—滑動(dòng)面板，4一滑桿，5—上部連桿，6—插塊，7—銷(xiāo)軸，8—插槽，9 一手輪，10—連接塊，11 一固定塊，12—螺桿，13—下部連桿，14 一支撐板，15一底板，16一行走輪，17一試驗(yàn)框架，18一滑體，19一滑帶,20—滑床。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。如圖1至圖5所示，本發(fā)明的一種滑坡物理模型試驗(yàn)手動(dòng)螺桿式自重加載裝置，包括底板15、滑動(dòng)面調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和推力加載機(jī)構(gòu)，具體來(lái)說(shuō)。底板15下方設(shè)有若干行走輪16，以便整個(gè)裝置的移動(dòng)?；瑒?dòng)面調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)位于底板15上，本實(shí)施例的滑動(dòng)面調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括滑動(dòng)面板3、上部連桿5、下部連桿13、支撐板14、插塊6、插槽8、螺桿12和手輪9。支撐板14固定于底板15上，支撐板14的前部和后部分別通過(guò)“L”型的固定塊11與一對(duì)下部連桿13的下端鉸接，每一下部連桿13的上端分別與一根上部連桿5通過(guò)銷(xiāo)軸7鉸接、構(gòu)成連桿。每一對(duì)上部連桿5與一個(gè)插塊6鉸接，每一對(duì)下部連桿13與一個(gè)插槽8鉸接，螺桿12穿過(guò)插槽8并與相應(yīng)的插塊6螺紋連接，這樣，支撐板14的前部和后部分別設(shè)置有一根螺桿12。每一螺桿12的底端與一個(gè)手輪9固定，用于在手輪9的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)?；瑒?dòng)面板3的前端與支撐板14前部的一對(duì)上部連桿5頂部通過(guò)銷(xiāo)軸7鉸接，后端與支撐板14后部的一對(duì)上部連桿5頂部通過(guò)銷(xiāo)軸7鉸接?；瑒?dòng)面板3的高度通過(guò)兩組連桿頂端的升降高度調(diào)節(jié)，滑動(dòng)面板3的傾角則通過(guò)兩組連桿頂端的相對(duì)升降高度確定。初始狀態(tài)下，滑動(dòng)面調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的每一插塊6嵌套在相應(yīng)插槽8內(nèi)，在手輪9的轉(zhuǎn)動(dòng)下，插塊6與相應(yīng)插槽8逐漸分離，并分別帶動(dòng)一對(duì)上部連桿5和一對(duì)下部連桿13張開(kāi)，連桿的頂端上升，帶動(dòng)滑動(dòng)面板3運(yùn)動(dòng)。為確?；瑒?dòng)面板3的便捷固定，螺桿12與相應(yīng)插槽8之間的螺紋滿足自鎖條件，具備自鎖功能。為避免底板15干涉手輪9的升降，可在底板15的前、后部、手輪9的對(duì)應(yīng)位置處開(kāi)設(shè)U型開(kāi)口。此外，在滑動(dòng)面板3最前端的滑桿4外側(cè)安裝有角度刻度盤(pán)(圖中未示意出)，可進(jìn)行滑動(dòng)面板3傾角的讀數(shù)。本實(shí)施例的推力加載機(jī)構(gòu)包括用于承載重物的加載平臺(tái)2，加載平臺(tái)2底面的傾角應(yīng)與滑坡模型的滑帶19傾角相同。加載平臺(tái)2的底面為平整光滑面，上述滑動(dòng)面板3的頂面兩側(cè)設(shè)有邊棱，起導(dǎo)向作用，兩個(gè)邊棱分別設(shè)有一列孔且孔兩兩相對(duì)，相對(duì)的兩孔內(nèi)設(shè)置有滑桿4，加載平臺(tái)2的底面與滑動(dòng)面板3的頂面通過(guò)這些滑桿4滑動(dòng)配合。加載平臺(tái)2的頂面呈水平面或者凹狀，用于承載經(jīng)標(biāo)定重量后的物體，使之在自重條件下隨加載平臺(tái)2一起沿滑動(dòng)面板3下滑，通過(guò)加載平臺(tái)2前面板作用在滑坡模型上，并以上覆堆載的重力沿著滑動(dòng)面板3水平方向的分量提供相應(yīng)的水平荷載。在加載平臺(tái)2的后端還設(shè)有插鎖1，用于裝置使用前加載平臺(tái)2與滑動(dòng)面板3的臨時(shí)固定。如圖6所示，將本發(fā)明應(yīng)用于滑坡框架式模型試驗(yàn)的大致過(guò)程為
一、前期準(zhǔn)備1、針對(duì)研究需求，依據(jù)相似原理，擬定概化后的滑坡相似模型；以相似材料試驗(yàn)結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)，分別配制滑體18、滑帶19、滑床20相似材料。根據(jù)擬定的滑坡相似模型空間形態(tài)采用配制均勻、含水率恒定的相似材料制作滑坡模型；
2、測(cè)量滑坡模型后緣滑帶19的傾角，制作對(duì)應(yīng)的加載平臺(tái)2；
二、裝置的調(diào)節(jié)與固定
3、將本發(fā)明的加載裝置推至指定位置，并正對(duì)滑坡后緣，將加載裝置底板15下方的行走輪16鎖死固定；
4、通過(guò)前部螺桿12端部的手輪9控制前部滑塊6、滑槽8的相對(duì)距離，以調(diào)節(jié)相應(yīng)的上部連桿5與下部連桿13的夾角，此時(shí)滑動(dòng)面板3前端與滑坡模型后緣滑帶19高度一致；
5、通過(guò)后部螺桿12端部的手輪9控制后部滑塊6、滑槽8的相對(duì)距離，以調(diào)節(jié)相應(yīng)的上部連桿5與下部連桿13的夾角，在此過(guò)程中可通過(guò)安裝在前端滑桿4的角度刻度盤(pán)讀取滑動(dòng)面板3的傾角，當(dāng)滑動(dòng)面板3所形成的傾角與滑坡后緣滑帶19傾角一致時(shí)停止手輪9的轉(zhuǎn)動(dòng)并通過(guò)螺桿12的自鎖保持穩(wěn)定；
三、推力加載
6、標(biāo)定加載平臺(tái)2重量，并根據(jù)推力加載需要，稱(chēng)量所需要的重物；
7、安裝加載平臺(tái)2；
8、打開(kāi)加載平臺(tái)2后部的插鎖1，手扶加載平臺(tái)2使其緩慢下滑直至與滑坡后緣接觸后，松開(kāi)雙手；
9、在加載平臺(tái)2上，豎直、緩慢放置標(biāo)定好的重物，直至滑坡變形或破壞。需要注意的是，為避免加載過(guò)程中滑體18從加載平臺(tái)2上部擠出，加載平臺(tái)2的頂面應(yīng)當(dāng)不低于滑體18頂面高度，相應(yīng)的，在制作加載平臺(tái)2時(shí)，可適當(dāng)提高其豎直加載面的高度；
四、試驗(yàn)結(jié)束
10、先卸除加載平臺(tái)2上堆載的重物，然后將加載平臺(tái)2卸除；
11、轉(zhuǎn)動(dòng)手輪9，使滑動(dòng)面板3下降，直至插塊6完全嵌套于插槽8；
12、松開(kāi)底板15下方行走輪16的制動(dòng)，將本推力加載裝置移動(dòng)至指定地點(diǎn)。本發(fā)明的核心在于滑動(dòng)面調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的設(shè)置，使得采用自重加載的推力大小和方向連續(xù)、精確可調(diào)，并使施加的推力與滑坡實(shí)際邊界條件相符合，且加載力穩(wěn)定。所以其保護(hù)范圍并不限于上述實(shí)施例。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變形而不脫離本發(fā)明的范圍和精神，例如加載平臺(tái)2和滑動(dòng)面板3之間的滑動(dòng)配合方式不限于實(shí)施例中的平整光滑面和滑桿4的結(jié)構(gòu)，只要便于二者的相對(duì)前后滑動(dòng)即可；當(dāng)手輪9向下運(yùn)動(dòng)的行程不低于底板時(shí)，底板15也可不設(shè)開(kāi)口等。倘若這些改動(dòng)和變形屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變形在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種滑坡物理模型試驗(yàn)手動(dòng)螺桿式自重加載裝置，其特征在于包括底板(15)、滑動(dòng)面調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和推力加載機(jī)構(gòu)；所述滑動(dòng)面調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)位于底板(15)上，滑動(dòng)面調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括滑動(dòng)面板(3)、上部連桿(5)、下部連桿(13)、支撐板(14)、插塊(6)、插槽(8)、螺桿(12)和手輪(9)，所述支撐板(14)固定于底板(15)上，支撐板(14)的前部和后部分別與一對(duì)下部連桿(13)的下端鉸接，每一下部連桿(13)的上端與一根上部連桿(5)鉸接、構(gòu)成連桿，每一對(duì)上部連桿(5)與一個(gè)插塊(6)鉸接，每一對(duì)下部連桿(13)與一個(gè)插槽(8)鉸接，所述螺桿(12)穿過(guò)插槽(8)并與相應(yīng)的插塊(6)螺紋連接，螺桿(12)的底端與手輪(9)固定，用于在手輪(9)的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，所述滑動(dòng)面板(3)的前端與支撐板(14)前部的一對(duì)上部連桿(5)頂部鉸接、后端與支撐板(14)后部的一對(duì)上部連桿(5)頂部鉸接；所述推力加載機(jī)構(gòu)包括用于承載重物的加載平臺(tái)(2)，加載平臺(tái)(2)的底面與滑動(dòng)面板(3)的頂面滑動(dòng)配合、可沿滑動(dòng)面板(3)前后滑動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種滑坡物理模型試驗(yàn)手動(dòng)螺桿式自重加載裝置，其特征在于所述加載平臺(tái)(2)的底面為光滑面，所述滑動(dòng)面板(3)的頂面兩側(cè)設(shè)有邊棱，用于加載平臺(tái)(2)的導(dǎo)向，兩個(gè)邊棱分別設(shè)有一列孔且孔兩兩相對(duì)，相對(duì)的兩孔內(nèi)設(shè)置有滑桿(4)，加載平臺(tái)(2)的底面與滑動(dòng)面板(3)的頂面通過(guò)所述滑桿(4)滑動(dòng)配合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種滑坡物理模型試驗(yàn)手動(dòng)螺桿式自重加載裝置，其特征在于所述加載平臺(tái)(2)的后端設(shè)有插鎖(1)，用于加載平臺(tái)(2)與滑動(dòng)面板(3)的臨時(shí)固定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述的一種滑坡物理模型試驗(yàn)手動(dòng)螺桿式自重加載裝置，其特征在于所述螺桿(12)與相應(yīng)插槽(8)之間的螺紋滿足自鎖條件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述的一種滑坡物理模型試驗(yàn)手動(dòng)螺桿式自重加載裝置，其特征在于所述滑動(dòng)面板(3)前端安裝有角度刻度盤(pán)，用于滑動(dòng)面板(3)的傾角的讀數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種滑坡物理模型試驗(yàn)手動(dòng)螺桿式自重加載裝置，其特征在于所述滑動(dòng)面板(3)前端安裝有角度刻度盤(pán)，用于滑動(dòng)面板(3)的傾角的讀數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述的一種滑坡物理模型試驗(yàn)手動(dòng)螺桿式自重加載裝置，其特征在于所述底板(15)的前、后部分別設(shè)有開(kāi)口，開(kāi)口與所述手輪(9)的位置對(duì)應(yīng)，用于穿過(guò)手輪(9)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種滑坡物理模型試驗(yàn)手動(dòng)螺桿式自重加載裝置，其特征在于所述底板(15)的前、后部分別設(shè)有開(kāi)口，開(kāi)口與所述手輪(9)的位置對(duì)應(yīng)，用于穿過(guò)手輪(9)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種滑坡物理模型試驗(yàn)手動(dòng)螺桿式自重加載裝置，其特征在于所述底板(15)的前、后部分別設(shè)有開(kāi)口，開(kāi)口與所述手輪(9)的位置對(duì)應(yīng)，用于穿過(guò)手輪(9)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述的一種滑坡物理模型試驗(yàn)手動(dòng)螺桿式自重加載裝置，其特征在于所述底板(15)下方設(shè)有若干行走輪(16)。
全文摘要
一種滑坡物理模型試驗(yàn)手動(dòng)螺桿式自重加載裝置，包括底板、滑動(dòng)面調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和推力加載機(jī)構(gòu)；滑動(dòng)面調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)位于底板上，滑動(dòng)面調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括滑動(dòng)面板、上部連桿、下部連桿、支撐板、插塊、插槽、螺桿和手輪，支撐板固定于底板上，支撐板前部和后部分別與一對(duì)下部連桿的下端鉸接，每一下部連桿的上端與一根上部連桿鉸接、構(gòu)成連桿，每一對(duì)上部連桿與一個(gè)插塊鉸接，每一對(duì)下部連桿與一個(gè)插槽鉸接，螺桿穿過(guò)插槽并與相應(yīng)的插塊螺紋連接，螺桿的底端與手輪固定，滑動(dòng)面板的前端與支撐板前部的一對(duì)上部連桿頂部鉸接、后端與支撐板后部的一對(duì)上部連桿頂部鉸接；推力加載機(jī)構(gòu)包括加載平臺(tái)，加載平臺(tái)的底面與滑動(dòng)面板的頂面滑動(dòng)配合、可沿滑動(dòng)面板前后滑動(dòng)。
文檔編號(hào)G01N33/24GK103018425SQ20121054679
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月17日
發(fā)明者李長(zhǎng)冬, 胡新麗, 唐輝明, 雍睿, 譚欽文, 易賢龍, 夏浩, 馬俊偉 申請(qǐng)人:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)